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| 色素特性 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 色素増感型太陽電池の基礎特性 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−４ 色素特性 |
| 【技術内容】 |
| 三種類のTiO2フィルムについて、ルテニウム錯体(RuL2(NCS)2)が異なる状態で結合している様子をIR、紫外−可視領域の吸収スペクトルを測定することにより明らかにした。TiO2膜を電析処理および還流処理を行った試料は特別の吸収を示し、光電池の性能も向上した。 |
| 【図】 |
| 表１ TiO2ナノ結晶膜に結合している色素分子の量、ラフネスファクター及び534nmの光学的透過率 |
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| 出典：「Importance of binding states between photosensitizing molecules and the TiO2 surface for efficiency in a dye-sensitized solar cell.」、「Journal of Electroanalytical Chemistry VOL.396」、（1995年）、Murakoshi, Kei、Kano, Gentaro、Wada, Yuji、Yanagida, Shozo、Miyazaki, Hiromitsu、Matsumoto, Masamitsu、Murasawa, Sadao著、Elsevier B.V.発行、30頁 TableＩ Quantities of anchored dye molecules on the TiO2 nanocrystallite films, roughness factor and optical transmittance at 534nm. Reprinted with permission from Elsevier. |
| 表１の説明：結合している色素分子の量は分子の占有面積を1.3×10-10molcm-2として計算した。534nmの透過率は色素の量と14200 M-1cm-1の励起係数を使用し、計算した。 表中P25filmはP-25(二酸化チタン)を使用した膜、ED-P25filmはP-25を電析処理した膜、Nano-TiO2はP-25(30nm)より小粒径(12nm)のTiO2を使用した膜を示す。 |
| 図１ 色素分子のIRスペクトル(KBr法） |
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| 出典：「Importance of binding states between photosensitizing molecules and the TiO2 surface for efficiency in a dye-sensitized solar cell.」、「Journal of Electroanalytical Chemistry VOL.396」、（1995年）、Murakoshi, Kei、Kano, Gentaro、Wada, Yuji、Yanagida, Shozo、Miyazaki, Hiromitsu、Matsumoto, Masamitsu、Murasawa, Sadao著、Elsevier B.V.発行、32頁 Fig.４ IR spectra of dye molecules in KBr pellet （a), of sodium salt in KBr pellet(b), on P25 film (c), on ED-P25 film (d), and on refluxed P25 film (e). Reprinted with permission from Elsevier. |
| 図１の説明：a）はKBr法、b）色素ナトリウム塩のKBｒ法、c）P25フィルム上、d）ED-25上、e)は還流したED-25上で測定した。TiO2に色素を吸着させたときのIRスペクトルの違いを示した。電析処理および還流処理を行ない電池の性能が向上した試料は特別の吸収を示した。 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Importance of binding states between photosensitizing molecules and the TiO2 surface for efficiency in a dye-sensitized solar cell.」、「Journal of Electroanalytical Chemistry VOL.396」、（1995年）、Murakoshi, Kei、Kano, Gentaro、Wada, Yuji、Yanagida, Shozo、Miyazaki, Hiromitsu、Matsumoto, Masamitsu、Murasawa, Sadao著、Elsevier B.V.発行、27頁〜34頁 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 色素増感型太陽電池の基礎特性 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−４ 色素特性 |
| 【技術内容】 |
| 色素トリス−（２、２’−ビピリジン）ルテニウム(II）のフェムト秒時間分解法で励起状態−基底状態吸収スペクトルの違いを測定した。Frank-Condon状態からこの分子の最低励起状態への遷移を解明した。このプロセスは励起初期から〜300フェムト秒で完結する。 |
| 【図】 |
| 図１ 色素トリス−（２、２’−ビピリジン）ルテニウム(II）のフェムト秒時間分解励起状態−基底状態吸収スペクトル |
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| 出典：「Femtosecond Dynamics of Excited-State Evolution in [Ru(bpy)3]2+」、「SCIENCE VOL.275」、（1997年）、Niels H. Damurauer、Giulio Cerullo、Alvin Yeh、Thomas R. Boussie、Charles V. Shank、James K. McCusker著、The American Association for the Advancement of Science発行、55頁 Fig.２ Femtosecond time-resolved excited -state-ground- state absorption difference spectra for [Ru(bpy)3](PF6)2 in CH3CN solution at 298K. Reprinted with permission from American Association for the Advancement of Science. |
| 図１の説明：289K、CH3CN中で色素トリス−（２、２’−ビピリジン）ルテニウム(II）のフェムト秒時間分解法により励起状態−基底状態吸収スペクトルを測定した。 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Femtosecond Dynamics of Excited-State Evolution in [Ru(bpy)3]2+」、「SCIENCE VOL.275」、（1997年）、Niels H. Damurauer、Giulio Cerullo、Alvin Yeh、Thomas R. Boussie、Charles V. Shank、James K. McCusker著、The American Association for the Advancement of Science発行、54頁〜57頁 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 色素増感型太陽電池の基礎特性 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−４ 色素特性 |
| 【技術内容】 |
| 色素増感太陽電池について計算機シミュレーションを行った。TiO2粒子、色素、電解質及び透明導電性膜のモデルを定め、光の散乱を考慮して色素の分布状況を変数として光吸収と粒径との相関を求めた。また大きさの異なるTiO2粒子を混合したときの効果についても論じている。 |
| 【図】 |
| 図１ 散乱層での太陽光の吸収 |
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| 出典：「Computer simulations of light scattering and absorption in dye-sensitized solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells VOL.54」、（1998年）、Ferber, Jorg、Luther, Joachim著、Elsevier B.V.発行、271頁 Fig.７ Solar absorption of the scattering layer. Reprinted with permission from Elsevier. |
| 図１の説明：（１）均一吸収の場合、（２）TiO2の表面を被覆している色素のみが吸収する場合、（３）逆の構造、すなわち光を散乱するTiO2マトリックスのセルと電解質球が吸収する場合について計算したが大きな影響はなかった。 |
| 図２ ２粒径成分混合 |
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| 出典：「Computer simulations of light scattering and absorption in dye-sensitized solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells VOL.54」、（1998年）、Ferber, Jorg、Luther, Joachim著、Elsevier B.V.発行、272頁 Fig.８ Binary mixture of particle size. Reprinted with permission from Elsevier. |
| 図２の説明：半径a1=10nmの粒子とa2粒子と混合したときのa2粒子の重量分率を変数としてa2粒子の粒径と散乱による太陽光吸収の関係を図示した。層厚は10μmである。この図から125-150nmの粒子を５%添加したとき吸収が最大となることが分かる。 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Computer simulations of light scattering and absorption in dye-sensitized solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells VOL.54」、（1998年）、Ferber, Jorg、Luther, Joachim著、Elsevier B.V.発行、265頁〜275頁 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 色素増感型太陽電池の基礎特性 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−４ 色素特性 |
| 【技術内容】 |
| 色素増感ナノ結晶太陽電池における色素(N3）についてその分子構造を同定し、そのコンフィギュレーションから半導体への吸着状態を推定した。またHOMO、LUMO分子軌道も計算で求め図示した。 |
| 【図】 |
| 図１ アナターゼの表面(101)に投錨効果で結合している色素N3。 |
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| 出典：「Molecular Photovoltaics.」、「Accounts of Chemical Research VOL.33」、（2000年）、Hagfeldt, Anders、Graetzel, Michael著、American Chemical Society発行、272頁 Fig.５ Anchoring of the N3 dye on the (101). Reprinted with permission from American Chemical Society. |
| 図１の説明：分子動力学の計算によりアナターゼの(101)面にN3分子が配位している様子が示されている。 |
| 図２ 色素Ru(bpy)2(NCS)2の(a)HOMO(b)LUMO分子軌道 |
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| 出典：「Molecular Photovoltaics.」、「Accounts of Chemical Research VOL.33」、（2000年）、Hagfeldt, Anders、Graetzel, Michael著、American Chemical Society発行、272頁 Fig.６ Anchoring of the N3 dye on the (110). Reprinted with permission from American Chemical Society. |
| 図２の説明：色素Ru(bpy)2(NCS)2について(a)HOMO(b)LUMO分子軌道を図示した。Ru金属と配位子NCS がHOMOレベルを共有していることがわかる。またLUMO軌道は配位子のπ*構造を示している。 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Molecular Photovoltaics.」、「Accounts of Chemical Research VOL.33」、（2000年）、Hagfeldt, Anders、Graetzel, Michael著、American Chemical Society発行、269頁〜277頁 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 色素増感型太陽電池の基礎特性 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−４ 色素特性 |
| 【技術内容】 |
| 色素増感太陽電池の種々の特性がどのような要因で定まるかを推論している。 電荷分離の原因、再結合が遅い理由、光起電力の発生原因とその理論的限界及び電池中での電荷移動について検討した。 |
| 【図】 |
| 図１ 色素増感太陽電池の基本概念図 |
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| 出典：「Nature of Photovoltaic Action in Dye-Sensitized Solar Cells.」、「Journal of Physical Chemistry B VOL.104」、（2000年）、Cahen, David、Hodes, Gary、Graetzel, Michael、Guillemoles, Jean Francois、Riess, Ilan著、American Chemical Society発行、2053頁 Figure １ Schematic description of dye-sensitized solar cell, showing the principal process involved. Reprinted with permission from American Chemical Society. |
| 図１の説明：垂直の矢印は一電子のエネルギー。点線はレドックス電位と電極のフェルミレベル。hν：光子の吸収；（１）電子注入；（２）再結合；（３）電子移動とフッ素ドープ酸化スズ（SnO2:F）による集電；（４）I- 酸化；（５）I3- 還元；（６）イオン移送； 図中SnO2はSnO2:Fを表す。 |
| 図２ （Ａ）暗時と（Ｂ）光照射時の回路開放時のエネルギー−空間ダイアグラム |
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| 出典：「Nature of Photovoltaic Action in Dye-Sensitized Solar Cells.」、「Journal of Physical Chemistry B VOL.104」、（2000年）、Cahen, David、Hodes, Gary、Graetzel, Michael、Guillemoles, Jean Francois、Riess, Ilan著、American Chemical Society発行、2053頁 Figure ３ Schematic electron energy-space diagram of Dye-sensitized solar cell (DSSC). Reprinted with permission from American Chemical Society. |
| 図２の説明：EF：暗時、フェルミレベル EF,n：照射時、擬似電子フェルミレベル EF,p：照射時、擬似空孔フェルミレベル EF,nと EF,pの差が最大の光起電力を表す。 LUMO：lowest unoccupied molecular orbital(最低空軌道） HOMO：highest occupied molecular orbital（最高被占軌道） |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Nature of Photovoltaic Action in Dye-Sensitized Solar Cells.」、「Journal of Physical Chemistry B VOL.104」、（2000年）、Cahen, David、Hodes, Gary、Graetzel, Michael、Guillemoles, Jean Francois、Riess, Ilan著、American Chemical Society発行、2053頁〜2059頁 |
| 【技術分類】 |
| １−Ｂ 色素増感型太陽電池の基礎特性 |
| 【技術の名称】 |
| １−Ｂ−４ 色素特性 |
| 【技術内容】 |
| 色素増感太陽電池の色素としてRu錯体N3、N719、N712が知られている。分子構造は図１に記載されているが、N719及びN712はN3のカルボキシル基のプロトンをTBA（tetrabutylammonium)でそれぞれ２個及び４個置換したものである。３個の及び１個のプロトンを置換した色素を作製し、電池を作成して特性を評価したところ１個置換した色素が最も高い変換効率η＝9.3%を示した。 |
| 【図】 |
| 図１ Ru錯体N3、N719、N712の分子構造 |
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| 出典：「Investigation of Sensitizer Adsorption and the Influence of Protons on Current and Voltage of a Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell」、「Journal of Physical Chemistry B VOL.107 No.34」、(2003年）、Nazeeruddin, Md.K、Humphry-Baker, R.、Liska, P.、Greatzel, M.著、American Chemical Society発行、8983頁 CHART １. Reprinted with permission from American Chemical Society. |
| 図１の説明：Ru錯体色素N3、N719、N712の分子構造を示す。 |
| 表１ プロトン数の異なるN3色素のナノ結晶TiO2光電池特性 |
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| 出典：「Investigation of Sensitizer Adsorption and the Influence of Protons on Current and Voltage of a Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell」、「Journal of Physical Chemistry B VOL.107 No.34」、（2003年）、Nazeeruddin, Md.K.、Humphry-Baker, R.、Liska, P、Greatzel, M.著、American Chemical Society発行、8986頁 Table １ Performance Characteristics of Phtovoltatic Cells Based on Nanocrystalline TiO2 Films Sensitized by N3 with Different Degrees of Protons. Reprinted with permission from American Chemical Society. |
| 表１の説明：プロトン数の異なるN3色素のナノ結晶TiO2光電池特性を比較した。プロトンが１個の色素が最も高い変換効率η＝9.3%を示した。 |
| 【出典／参考資料】 |
| 「Investigation of Sensitizer Adsorption and the Influence of Protons on Current and Voltage of a Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell」、「Journal of Physical Chemistry B VOL.107 No.34」、（2003年）、Nazeeruddin, Md. K.、Humphry-Baker, R.、Liska, P.、Greatzel, M.著、American Chemical Society発行、8981頁〜8987頁 |
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